bài giảng môn mạng máy tính

LANs Local Area Networks• Có giới hạn về địa lý • Tốc độ truyền dữ liệu cao • Tỷ lệ lỗi khi truyền thấp • Do một tổ chức quản lý • Sử dụng kỹ thuật Ethernet hoặc Token Ring • Các thiết b

BÀI GIẢNG

Biên soạn: ThS Trần Bá Nhiệm

GIỚI THIỆU MÔN HỌC

• Mục đích của môn học

– Kiến thức cơ bản về mạng máy tính

– Mô hình tham khảo OSI

– Mô hình TCP/IP

• Thời lượng: 5 buổi học

2

GIỚI THIỆU MÔN HỌC

• Nội dung môn học

– Chương 1: Tổng quan về mạng máy tính

– Chương 2: Cấu trúc của mạng

– Chương 3: Phương tiện truyền dẫn và thiết bị mạng– Chương 4: Data link

– Chương 5: TCP/IP

– Chương 6: Khái niệm cơ bản về bảo mật mạng

– Bài tập

3

Khái niệm về mạng máy tính

• Một tập hợp của các máy tính độc lập được kết nối bằng một cấu trúc nào đó.

• Hai máy tính được gọi là kết nối nếu chúng có thể trao đổi thông tin.

• Kết nối có thể là dây đồng, cáp quang, sóng ngắn, sóng hồng ngoại, truyền vệ tinh…

5

Phân loại mạng máy tính

• Cách phân loại mạng máy tính được sử dụng phổ biến nhất là dựa theo khoảng cách địa lý của mạng: Lan, Man, Wan.

• Theo kỹ thuật chuyển mạch mà mạng áp dụng: mạng chuyển mạch kênh, mạng chuyển mạch thông báo, mạng chuyển mạch gói.

• Theo cấu trúc mạng: hình sao, hình tròn, tuyến tính…

• Theo hệ điều hành mà mạng sử dụng: Windows, Unix, Novell…

7

LANs (Local Area Networks)

• Có giới hạn về địa lý

• Tốc độ truyền dữ liệu cao

• Tỷ lệ lỗi khi truyền thấp

• Do một tổ chức quản lý

• Sử dụng kỹ thuật Ethernet hoặc Token Ring

• Các thiết bị thường dùng trong mạng là Repeater, Brigde, Hub, Switch, Router.

8 802.3 Ethernet 802.5 Token Ring

9

MANs (Metropolitan Area Networks)

• Có kích thước vùng địa lý lớn hơn LAN

• Do một tổ chức quản lý

• Thường dùng cáp đồng trục hoặc cáp quang

10

WANs (Wide Area Networks)

• Là sự kết nối nhiều LAN

• Không có giới hạn về địa lý

• Tốc độ truyền dữ liệu thấp

• Do nhiều tổ chức quản lý

• Sử dụng các kỹ thuật Modem, ISDN, DSL, Frame Relay, ATM

11

WANs (Wide Area Networks)

12

Mạng không dây (Wireless Networking)

• Do tổ chức IEEE xây dựng và được tổ chức Wi-fi Alliance đưa vào sử dụng trên toàn thế giới.

• Có các tiêu chuẩn: chuẩn 802.11a, chuẩn 802.11b, chuẩn

802.11g (sử dụng phổ biến ở thị trường Việt Nam), chuẩn

802.11n (mới có).

• Thiết bị cho mạng không dây gồm 2 loại: card mạng không dây

và bộ tiếp sóng/điểm truy cập (Access Point - AP).

13

Mạng không dây

14

Mô hình OSI (Open Systems Interconnection)

– Chuẩn hóa các giao tiếp

– Đảm bảo liên kết hoạt động

– Đơn giản việc dạy và học

16

Mô hình OSI

17

Đóng gói dữ liệu trên mạng

Mô hình OSI

18

Mô hình OSI

19

• Điều khiển luồng

• Kiểm soát lỗi, thông báo

lỗi

Mô hình OSI

22

Địa chỉ mạng và xác định đường đi tốt nhất

• Tin cậy

• Địa chỉ luận lý, topo mạng

• Định tuyến (tìm đường đi) cho gói tin

Mô hình OSI

23

Kết nối end-to-end

• Vận chuyển giữa các host

• Vận chuyển tin cậy

• Thiết lập, duy trì, kết nối các mạch ảo

• Phát hiện lỗi, phục hồi thông tin và điều khiển luồng

Mô hình OSI

24

Truyền thông liên host

• Thiết lập, quản lý và kết thúc các phiên giữa các ứng dụng

Mô hình OSI

26

Các quá trình mạng của ứng dụng

• Xác định giao diện giữa người sử dụng và môi

trường OSI

• Cung cấp các dịch vụ mạng cho các ứng dụng như email, truyền file…

Mô hình OSI

28

Những lớp này quản lý

thông tin di chuyển

trong mạng LAN hoặc

WAN giữa máy tính

nguồn và máy tính đích

Dòng dữ liệu trên mạng

29

Phương thức nối mạng

• Point-to-point (điểm – điểm): các đường truyền riêng

biệt được thiết lập để nối các cặp máy tính lại với

nhau

31

Phương thức nối mạng

• Broadcast (một điểm - nhiều điểm): tất cả các trạm phân chia chung một đường truyền vật lý

32

Cấu trúc vật lý của mạng LAN

33

Dạng đường thẳng (Bus Topology)

 Khó quản trị và tìm nguyên nhân lỗi

 Giới hạn chiều dài cáp và số lượng máy

Dạng hình sao (Star Topology)

Giao thức truy cập đường truyền trên

• Giao thức dùng thẻ bài vòng (Token Ring)

• Giao thức dùng thẻ bài cho dạng đường thẳng (Token Bus)

37

Giao thức truy cập đường truyền trên

mạng LAN

• Giao thức chuyển mạch (yêu cầu và chấp nhận)

Khi máy tính yêu cầu, nó sẽ được thâm nhập vào đường cáp nếu mạng không bận, ngược lại sẽ bị từ chối.

38

Giao thức truy cập đường truyền trên

mạng LAN

• Giao thức đường dây đa truy cập với cảm nhận va chạm

(Carrier Sense Multiple Access/with Collision Detection)

Gói dữ liệu chỉ được gởi nếu đường truyền rảnh, ngược lại mỗi trạm phải đợi theo một trong 3 phương thức:– Chờ đợi một thời gian ngẫu nhiên rồi lại bắt đầu kiểm tra đường truyền

– Kiểm tra đường truyền liên tục cho đến khi đường

truyền rảnh

– Kiểm tra đường truyền với xác suất p (0<p<1)

39

Giao thức truy cập đường truyền trên

mạng LAN

• Giao thức dùng thẻ bài vòng (Token Ring)

– Thẻ bài là một đơn vị dữ liệu đặc biệt có một bit biểu diễn trạng thái bận hoặc rảnh

– Thẻ bài chạy vòng quanh trong mạng

– Trạm nào nhận được thẻ bài rảnh thì có thể truyền dữ liệu

• Giao thức dùng thẻ bài cho dạng đường thẳng (Token bus)

Tạo ra một vòng logic (vòng ảo) và thực hiện giống

Token Ring

40

CHƯƠNG 3:

PHƯƠNG TIỆN TRUYỀN DẪN

VÀ CÁC THIẾT BỊ LIÊN KẾT MẠNG

• Môi trường truyền dẫn

• Phương tiện truyền dẫn

• Các thiết bị liên kết mạng

41

Môi trường truyền dẫn

• Là phương tiện vật lý cho phép truyền tải tín hiệu giữa các thiết bị.

• Hai loại phương tiện truyền dẫn chính:

Các đặc tính của phương tiện truyền

dẫn

• Chi phí

• Yêu cầu cài đặt

• Băng thông (bandwidth).

• Băng tần (baseband, broadband)

• Ðộ suy dần (attenuation).

• Nhiễu điện từ (Electronmagnetic Interference - EMI)

• Nhiễu xuyên kênh (crosstalk)

43

Phương tiện truyền dẫn

Cáp xoắn đôi Unshielded Twisted Pair (UTP) Cable

46

Cáp xoắn đôi Shielded Twisted Pair (STP) Cable

47

Chuẩn cáp 568A & 568B

Giới thiệu 48

Phương thức bấm Cáp

Giới thiệu 49

Cáp quang (Fiber optic)

• Thành phần & cấu tạo

– Dây dẫn

– Nguồn sáng (LED, Laser)

– Đầu phát hiện (Photodiode, photo transistor)

• Phân loại

– Multimode stepped index

– Multimode graded index

– Single mode (mono mode)

Lớp đệm

Cáp quang (Fiber optic)

51

Thông số cơ bản của các loại cáp

52

57

Biểu diễn của các thiết bị mạng trong

sơ đồ mạng

59

Card mạng

• Kết nối giữa máy tính và cáp mạng để phát hoặc nhận dữ liệu với các máy tính khác thông qua mạng.

• Kiểm soát luồng dữ liệu giữa máy tính và hệ thống cáp.

• Mỗi NIC (Network Interface Adapter Card) có một mã duy nhất gọi là địa chỉ MAC (Media Access Control) MAC

address có 6 byte, 3 byte đầu là mã số nhà sản xuất, 3 byte sau là số serial của card.

60

Card mạng

61

• Là tên viết tắt của hai từ điều chế (MOdulation) và giải điều chế (DEModulation).

• Điều chế tín hiệu số (Digital) sang tín hiệu tương tự (Analog) để gởi theo đường điện thoại và ngược lại.

• Có 2 loại là Internal và External.

62

63

Repeater (bộ chuyển tiếp)

• Khuếch đại, phục hồi các tín hiệu đã bị suy thoái do tổn thất năng lượng trong khi truyền.

• Cho phép mở rộng mạng vượt xa chiều dài giới hạn của một môi trường truyền.

• Chỉ được dùng nối hai mạng có cùng giao thức truyền

thông.

• Hoạt động ở lớp Physical.

64

Repeater (bộ chuyển tiếp)

65

Hub (bộ tập trung)

• Chức năng như Repeater nhưng mở rộng hơn với nhiều đầu cắm các đầu cáp mạng.

• Tạo ra điểm kết nối tập trung để nối mạng theo kiểu hình sao.

• Tín hiệu được phân phối đến tất cả các kết nối.

• Có 3 loại Hub: thụ động, chủ động, thông minh.

66

– Hub thông minh (Intelligent Hub): là Hub chủ động

nhưng có thêm khả năng tạo ra các gói tin thông báo hoạt động của mình giúp cho việc quản trị mạng dễ

dàng hơn

67

Hub (bộ tập trung)

68

Bridge (cầu nối)

• Dùng để nối 2 mạng có giao thức giống hoặc khác nhau.

• Chia mạng thành nhiều phân đoạn nhằm giảm lưu lượng trên mạng.

• Hoạt động ở lớp Data Link với 2 chức năng chính là lọc và chuyển vận.

• Dựa trên bảng địa chỉ MAC lưu trữ, Brigde kiểm tra các gói tin và xử lý chúng trước khi có quyết định chuyển đi hay không.

69

Bridge (cầu nối)

70

Bridge

Switch (bộ chuyển mạch)

• Là thiết bị giống Bridge và Hub cộng lại nhưng thông minh hơn.

• Có khả năng chỉ chuyển dữ liệu đến đúng kết nối thực sự cần dữ liệu này làm giảm đụng độ trên mạng.

• Dùng để phân đoạn mạng trong các mạng cục bộ lớn (VLAN).

• Hoạt động ở lớp Data Link.

71

Switch (bộ chuyển mạch)

72

Switch (bộ chuyển mạch)

73

• Vectơ khoảng cách: RIP, IGRP, EIGRP, BGP

• Trạng thái đường liên kết: OSPF

74

Router (Bộ định tuyến)

75

Gateway (Proxy - cổng nối)

• Thường dùng để kết nối các mạng không

thuần nhất, chủ yếu là mạng LAN với mạng

lớn bên ngoài chứ không dùng kết nối LAN

– LAN.

• Kiểm soát luồng dữ liệu ra vào mạng.

• Hoạt động phức tạp và chậm hơn Router.

• Hoạt động từ tầng thứ 47

76

CHƯƠNG 4: DATA LINK

• Điều khiển luồng (dòng)

• Phát hiện lỗi

• Xử lý lỗi

77

Điều khiển luồng

• Là kỹ thuật nhằm đảm bảo rằng bên phát không làm tràn

dữ liệu bên nhận

• Hai phương pháp được sử dụng:

– Phương pháp dừng và chờ (Stop and Wait)

Phương pháp dừng và chờ

• Truyền một gói tin và chờ báo nhận

– Bên phát truyền một khung tin

– Sau khi nhận được khung tin, bên nhận gửi lại xác nhận

– Bên phát phải đợi đến khi nhận được xác nhận thì mới

truyền khung tin tiếp theo

• Không hiệu quả

– Bên nhận có thể dừng quá trình truyền bằng cách không gửi khung tin xác nhận

– Tại một thời điểm chỉ có một khung tin trên đường

truyền  chậm

– Trường hợp độ rộng của kênh truyền lớn hơn độ rộng

của khung tin thì nó tỏ ra cực kỳ kém hiệu quả.

79

Phương pháp cửa sổ trượt

• Cho phép nhiều khung tin được truyền tại một thời điểm ->Truyền thông hiệu quả hơn.

• A và B được kết nối trực tiếp song công (full-duplex).

• B có bộ đệm cho n khung tin -> B có thể chấp nhận n khung tin,

A có thể truyền n khung tin mà không cần đợi xác nhận từ bên B

• Mỗi khung tin được gán nhãn bởi một số thứ tự.

• B xác nhận khung tin đã được nhận bằng cách gửi xác nhận cùng với số thứ tự của khung tin tiếp theo mà nó mong muốn nhận

80

Phương pháp cửa sổ trượt

• A duy trì danh sách các số thứ tự được phép gửi

• B duy trì danh sách số thứ tự chuẩn bị nhận

- Gọi là cửa sổ của các khung tin

- Điều khiển dòng cửa sổ trượt

81

Phương pháp cửa sổ trượt

• Đối với đường truyền 2 chiều thì mỗi bên phải sử dụng

hai cửa sổ:

– Một cho phát và một cho nhận

– Mỗi bên đều phải gửi dữ liệu và gửi xác nhận tới bên kia

• Số thứ tự được lưu trữ trong khung tin

– Bị giới hạn, trường k bit thì số thứ tự được đánh số theo Module của 2k

– Kích thước của cửa sổ không nhất thiết phải lấy là

maximum ( ví dụ trường 3 bit, có thể lấy độ dài cửa

sổ là 4)

82

Phát hiện lỗi

• Lý do một hay nhiều bit thay đổi trong khung tin được truyền:

– Tín hiệu trên đường truyền bị suy yếu

Phát hiện lỗi: Parity Check

• Là kỹ thuật đơn giản nhất.

• Đưa một bit kiểm tra tính chẵn lẻ vào sau khối tin.

• Giá trị của bit này được xác định dựa trên số các số 1

là chẵn (even parity), hoặc số các số 1 là lẻ (odd

Lớp Link & các mạng LAN 85

Kiểm tra Parity

Bit Parity đơn:

phát hiện các lỗi bit

Bit Parity 2 chiều:

phát hiện & sửa các lỗi bit

Phát hiện lỗi: Cyclic redundancy

Check (CRC)

Mô tả:

• Khối dữ liệu k bit

• Mẫu n+1 bit (n<k)

• Tạo ra dãy n bit gọi là dãy kiểm tra khung tin-FCS,

Frame Check Sequence

• Tao ra một khung tin k+n bit

• Bên nhận khi nhận được khung tin sẽ chia cho mẫu, nếu kết quả là chia hết, việc truyền khung tin này là không có lỗi

86

Phát hiện lỗi:

CRC dưới dạng module của 2

M: Khối tin k bit

F: FCS n bit, n bit cuối của T

T: khung tin k+n bit

P: Mẫu n+1 bit, đây là một số chia được chọn trước.

Mục tiêu: xác định F để T chia hết cho P

T = 2nM + F

87

Phát hiện lỗi: Các bước tạo và

kiểm tra CRC

• Các bước tạo CRC

– Dịch trái M đi n bit

– Chia kết quả cho P

– Số dư tìm được là F

• Các bước kiểm tra CRC

– Lấy khung nhận được (n+k) bit

– Chia cho P

– Kiểm tra số dư, nếu số dư khác 0, khung bị lỗi, ngược

lại là không lỗi

88

Phát hiện lỗi:

CRC- Dạng đa thức nhị phân

Cách thứ 2 để biểu thị CRC là biểu diễn các giá trị như là một đa thức với các hệ số là số nhị phân, đây là các bit của số nhị phân Gọi T(X), M(X), Q(X), P(X), R(X) là các

đa thức tương ứng với các số nhị phân T, M, Q, P, R đã trình bày ở trên, khi đó CRC được biểu thị:

89

3 Chia kết quả cho P:

4 Số dư là: 01110, được đưa vào sau tin M.

Ta có tin T, được truyền đi là: 101000110101110

90

Một số đa thức P(X) tiêu biểu:

CRC-12: X 12 +X 11 +X 3 +X 2 +X+1 CRC-16: X 16 +X 15 +X 2 +1 CRC-CCITT: X 16 +X 12 +X 5 +1

CRC32: X 32 +X 26 +X 23 +X 22 +X 16 +X 12 +X 11 +X 10 +X 8 +X 7 +X 5 +X 4 +X 2 +X+1

CRC- Dạng đa thức nhị phân

• Kiểm tra CRC:

• Giả sử bên thu nhận được T,

khi đó để kiểm tra là phép

truyền có lỗi không ta chia T

cho P, số dư là 00000, vậy ta

kết luận phép truyền tin M,

không có lỗi

91

Xử lý lỗi

• Lỗi: Mất khung, hỏng khung

• Kiểm soát lỗi:

– Phát hiện lỗi

– Báo nhận: khung tin tốt

– Truyền lại khi hết thời gian định trước

– Báo nhận: khung tin lỗi và truyền lại

92

Xử lý lỗi: ARQ dừng và chờ

• Trên cơ sở kĩ thuật điều khiển luồng dừng-và-chờ

• Kiểm soát lỗi:

– Khung tin tới bên nhận bị hỏng: Truyền lại, sử dụng đồng hồ đếm giờ time-out

– Báo nhận bị hỏng: Time-out, bên phát gửi lại, sử dụng label 0/1 và ACK0/ACK1 phát hiện lỗi

93

Xử lý lỗi: ARQ dừng và chờ

Xử lý lỗi: ARQ Quay-lui-N

• Trên cơ sở kĩ thuật điều khiển luồng bằng Cửa sổ trượt

• Kiểm soát lỗi:

– Khung hỏng:

• Khung i-1 thành công, i lỗi, bên nhận gửi SREJ i, bên phát gửi lại

• Khung i mất, i+1 được nhận không đúng trình tự, REJ i, bên gửi phát lại i và các khung sau đó

• Chỉ khung i được truyền và bị mất, bên nhận không biết i đã được truyền đi, bên phát gửi time-out và gửi RR với P=1, khi bên phát nhận được RR từ bên nhận nó sẽ phát lại i

95

Xử lý lỗi: ARQ Quay-lui-N

– Reject hỏng:

• A time-out, A gửi RR với P=1 cho đến khi nhận được RRi từ B thì A sẽ gửi lại khung i

96

Xử lí lỗi: ARQ Quay-lui-N

Xử lý lỗi: ARQ Chọn-Hủy

(Selective-Reject)

• Chỉ truyền lại những khung có báo nhận là lỗi (SREJ)

• Phải duy trì đủ bộ đệm độ lớn

• Đảm bảo tính logic phức tạp để gửi và nhận các khung theo đúng trình tự.

• ARQ Chọn-Hủy phải giải quyết được sự chồng chéo giữa cửa sổ gửi và nhận.

98

Xử lý lỗi: ARQ Chọn-Hủy

(Selective-Reject)

• Trạm A gửi các khung từ 0 đến 6 tới trạm B.

• Trạm B nhận tất cả 7 khung và báo nhận tích lũy với RR 7

• Vì lí do nào đó ví dụ như nhiễu làm RR 7 bị mất trên đường truyền.

• Đồng hồ ở A hết hạn và A truyền lại khung 0.

• B đã điều chỉnh trước cửa sổ nhận để có thể nhận các khung 7,

0, 1, 2, 3, 4 và 5 Do đó mà khung 7 được coi là bị mất và khung nhận được này là khung số 0 mới, và được chấp nhận bởi B.

99

CHƯƠNG 5: TCP/IP

• Khái niệm về TCP và IP

• Mô hình tham chiếu TCP/IP

• So sánh OSI và TCP/IP

• Các giao thức trong mô hình TCP/IP

• Chuyển đổi giữa các hệ thống số

Mô hình tham chiếu TCP/IP

102

So sánh mô hình OSI và TCP/IP

– Đều có mối quan hệ

trên dưới, ngang

 TCP/IP gộp lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu vào lớp truy nhập mạng.

 TCP/IP đơn giản vì có ít lớp hơn.

 OSI không có khái niệm chuyển phát thiếu tin cậy

ở lớp 4 như UDP của TCP/IP

Các giao thức trong mô hình TCP/IP

108

• NFS (Network File System): cho phép truy xuất file đến các thiết

bị lưu trữ ở xa như một đĩa cứng qua mạng.

• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): quản lý hoạt động truyền mail qua mạng máy tính.

e-109

• DNS (Domain Name System): thông dịch tên của các miền (Domain)

và các node mạng được công khai sang các địa chỉ IP.

110

Các cổng phổ biến dùng cho các giao thức lớp

ứng dụng

111

Lớp vận chuyển

• TCP và UDP (User Datagram Protocol):

– Phân đoạn dữ liệu ứng dụng lớp trên

– Truyền các segment từ một thiết bị đầu cuối này đến thiết

bị đầu cuối khác

• Riêng TCP còn có thêm các chức năng:

– Thiết lập các hoạt động end-to-end

– Cửa sổ trượt cung cấp điều khiển luồng

– Chỉ số tuần tự và báo nhận cung cấp độ tin cậy cho hoạt động

112